JP2004218581A - 複数気筒内燃機関の燃料供給制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】噴射燃料が付着する吸気弁及びその周辺部の温度を的確に推定して、燃料噴射開始及び終了タイミングを吸気行程側から排気行程側へ移動させる制御を正確に行うことができ、排気ガス中の有害成分の低減や燃費及び出力の向上を図る。
【解決手段】機関運転状態に基づき設定された燃料噴射信号を出力する燃料噴射制御手段と、前記燃料噴射信号を受けて開弁し、燃料を各気筒の吸気通路下流端付近に向けて噴射する燃料噴射手段４と、を備え、前記燃料噴射制御手段は、前記機関の吸気弁５及びその周辺部の温度を推定する温度推定手段を有し、該温度推定手段により推定される前記吸気弁５及びその周辺部の温度の上昇に応じて、燃料噴射開始及び又は終了タイミングを段階的ないし連続的に吸気行程側から排気行程側へ移動させる。前記温度推定手段は、前記吸気弁及びその周辺部の温度を、機関の始動からの経過時間等に基づいて推定する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射手段がそれぞれ配備された複数の気筒を備える内燃機関の燃料供給制御装置及び方法に係り、特に、燃料噴射開始及び又は終了タイミングを特定の条件下で吸気行程側から排気行程側へ移動させる制御を行うようにされた燃料供給制御装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数気筒内燃機関における燃料供給方式として、各気筒に設けられた燃料噴射弁を機関の回転に同期させながら順次制御しながら燃料の供給を行う、いわゆるシーケンシヤル燃料噴射制御方式が知られている。このシーケンシヤル燃料噴射制御は、例えば、下記非特許文献１等において論じられているように、燃料噴射開始タイミングを制御するいわゆる吹始め制御と、燃料噴射終了タイミングを制御するいわゆる吹終り制御とが行われている。そして、この制御方式では、いずれもその燃料噴射量並びにその燃料噴射開始及び終了タイミングは吸入空気量及び機関回転数等に基づいて定まるエンジン負荷により設定され、負荷急変に伴う過渡時以外では、その燃料噴射期間全体（燃料噴射開始タイミング〜終了タイミング）が各気筒における排気行程に収まるようにされているのが普通であつた。
【０００３】
すなわち、前記従来技術の方式では、内燃機関の各気筒に対する燃料噴射量は、まず、供給すべき燃料噴射量をエンジン負荷である吸入空気量Ｑａと機関回転数Ｎの商であるＱａ／Ｎを基本に、さらに種々の補正係数により補正して求め、さらに、図１２のタイミングチヤートにおいて、前記燃料噴射量に応じて定まる燃料噴射期間が斜線で示されているように、燃料噴射開始及び終了を、共に各気筒の排気行程で行うように制御される。
【０００４】
この理由は、一般に、図１３（ａ）及び（ｂ）に示される排気特性にも示されるように、排気ガス中の成分（図のグラフ中、縦軸で表わされる）である窒素酸化物排気物（ＮＯｘ）及び一酸化窒素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）等の総合炭化物排気物（ＴＨＣ）の排出量は、燃料噴射開始及び終了タイミングにより大きな影響を受ける。例えば、通常の内燃機関運転領域において、燃料噴射終了タイミングを吸気行程に設定すると、排気ガス中のＮＯｘ成分が低下する一方、ＴＨＣ成分が増加し、同時に、エンジン出力が低下してしまう。
【０００５】
これは、燃料噴射終了タイミングが吸気行程にあると、吸気弁が開いている吸気行程でも燃料が噴射されていることになるため、噴射された燃料が充分に気化・混合されないまま気筒（燃焼室）内に吸入され、その状態で点火される結果、燃焼性が低下することによると考えられる。なお、図中、グラフの横軸には、燃料噴射終了タイミングを表わすため、クランク軸角度であるクランクアングル（ＣＡ）がとられている。
【０００６】
一般に、複数気筒内燃機関における燃料の供給は、図９に示されるように、内燃機関１の吸気通路２における各気筒８、８、…の吸気口３付近に取り付けられた燃料噴射弁４から、吸気通路２の下流端付近、より詳しくは、前記各気筒８、８、…の上部に上下動可能に取り付けられた吸気弁５（の先端の傘状部分）に向けて、燃料を噴射することにより行われる。このとき、気筒８は排気行程にあり、そのため、排気弁６が開状態、吸気弁５が閉状態で、ピストン７は上昇過程にある。
【０００７】
前記の排気行程において燃料噴射を行うようにした場合、例えば始動時等、内燃機関１が冷えている状態（冷機時）では、前記燃料噴射弁４から噴射された燃料は、図９にも示されているように、その大部分は気化されず、図９中の斜線部Ａのように、前記吸気弁５及び吸気通路２の下流端部内壁面（吸気口３壁面）上に液状のまま付着し、溜つてしまう。
【０００８】
その後、吸気行程に入ると、図１０に示されるように、排気弁６は閉じ、他方、それまで閉じていた吸気弁５が開状態となる。これにより、図１０には示されていないエアクリーナ等を通つて、スロツトル開度に応じた量の空気が気筒８内のピストン７上方に画成される燃焼室９に吸入され。このとき、前記のように液状のままで付着・滞留した燃料は、図１０にも示されているように、その一部は気筒８の内壁面に沿つて燃焼室９内に流れ込み（図１０中、符号Ｃで示す）、その他は空気流の中に比較的大きな径の液滴として混入され（図中、符号Ｄで示す）て、前記燃焼室９に吸入される。この場合、前記燃焼室９に供給された燃料の多くは、未だ気化されずに液状のままであるため、例え高エネルギーで点火しても、完全な燃焼を行うことは不可能であり、これが排気ガス中の有害成分（ＴＨＣ）の増加及び出力の低下につながる。
【０００９】
そして、かかる状態では、噴射供給された燃料の気化率が低いことから、結果的には、空気と燃料の混合比はいわゆるリーン状態となり、燃焼も弱く、排気ガス中のＴＨＣや一酸化炭素の含有量が増大し、燃費も低下する。
【００１０】
この対策として、従来、冷機時には燃料噴射量を増加させる等の種々の対策がとられているが、排気ガス中の有害成分の増加や燃費の悪化は避けられないのが現状である。
【００１１】
一方、前記とは逆に、気筒８が吸気行程にあるときに燃料噴射を行うようにした場合には、図１１に示されているように、燃料噴射弁４から噴射された燃料は噴霧状で吸入空気の中に混入されて燃焼室９内に吸入される。そのため、前記図９及び図１０に示される如くの、排気行程で燃料噴射を行う場合に比して、燃料の気化率を向上することが可能となるとともに、付着等に伴う燃料の燃焼室９での偏存や空気／燃料混合度合いを大幅に改善することができる。
【００１２】
そこで、本願の発明者らは、先に、燃料噴霧の粒径を細かくして、内燃機関が冷えているとき（冷機時）は、吸気通路の内壁面や吸気弁への燃料付着を少なくするために吸気行程で燃料噴射を行い、吸気通路の内壁面や吸気弁が温まり、そこに燃料が付着しても充分に気化できる状態に達したら、燃料噴射開始タイミング及び又は燃料噴射終了タイミングを排気行程側に段階的ないし連続的に移動させるようにした燃料供給制御装置を提案した（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
かかる構成の燃料供給制御装置では、燃料が気化しにくい冷機時には吸気行程で燃料噴射が行われるので、噴射された燃料は、空気に混入されて、吸気弁等にさほど付着することなく直接的に燃焼室に吸入される。そのため、燃料（混合気）の燃焼性が高められ、排気ガス中の有害成分（特にＴＨＣ）の低減や燃費及び出力の向上等が図られる。
【００１４】
【非特許文献１】
自動車技術、ＶＯＬ．３９．Ｎｏ．９，１９８５年，第１００４頁等
【特許文献１】
特開平３−２３３４２号公報［特許第２５６９１７４号］
（第１頁〜第８頁、第１図〜第８図）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来提案の、冷機時には、吸気通路の内壁面や吸気弁への燃料付着を少なくするために吸気行程で燃料噴射を行い、吸気通路の内壁面や吸気弁が温まり、そこに燃料が付着しても充分に気化できる状態、つまり、前記吸気弁及びその周辺部の温度がある温度に達したら、燃料噴射開始タイミング及び又は燃料噴射終了タイミングを排気行程側に段階的ないし連続的に移動させるようにした燃料供給制御装置においては、「吸気弁及びその周辺部の付着燃料が充分に気化できる状態になったか否か」、つまり、噴射燃料が付着する吸気弁及びその周辺部の温度がある温度に達したか否かを、水温センサにより検出される機関の冷却水温に基づいて判断するようにされている。
【００１６】
しかしながら、冷却水は循環せしめられているので、機関始動後の冷却水温の上昇度合いは極めて低く、しかも、水温センサの取り付け位置等の関係から、冷却水温は、前記噴射燃料が付着する吸気弁及びその周辺部の温度を的確に表すものではない。そのため、従来提案の燃料供給制御装置では、燃料噴射開始タイミング及び又は燃料噴射終了タイミングを吸気行程側から排気行程側へ移動させる制御が不正確となり、排気ガス中の有害成分（ＴＨＣ）の低減や燃費及び出力の向上等を充分には図ることができないという問題があった。
【００１７】
本発明は、前記問題を解消すべくなされたもので、その目的とするところは、噴射燃料が付着する吸気弁及びその周辺部の温度を的確に推定して、燃料噴射開始タイミング及び又は燃料噴射終了タイミングを吸気行程側から排気行程側へ移動させる制御を正確に行うことができるようにされ、もって、排気ガス中の有害成分（ＴＨＣ）の低減や燃費及び出力の向上等を充分に図ることができるようにされた燃料供給制御装置及び方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明に係る複数気筒内燃機関の燃料供給制御装置は、基本的には、複数気筒内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記機関運転状態に基づいて、前記機関の各気筒への燃料噴射量を設定するとともに、この設定された燃料噴射量に応じたパルス幅を持つ燃料噴射信号を出力する燃料噴射制御手段と、前記燃料噴射信号を受けて開弁し、燃料を前記機関における各気筒の吸気通路下流端付近に向けて噴射する燃料噴射手段と、を備える。
【００１９】
そして、前記燃料噴射制御手段は、前記機関の吸気弁及びその周辺部の温度を推定する温度推定手段を有し、該温度推定手段により推定される前記吸気弁及びその周辺部の温度の上昇に応じて、燃料噴射開始及び又は終了タイミングを段階的ないし連続的に吸気行程側から排気行程側へ移動させることを特徴としている。
【００２０】
ここで、吸気弁及びその周辺部の温度は、燃料噴射量総量で決まる。即ち、供給された燃料が熱エネルギーに変わり、機関の温度を上昇させる。
そこで、本発明に係る燃料供給制御装置の好ましい態様では、前記温度推定手段は、前記吸気弁及びその周辺部の温度を、機関の始動からの燃料噴射量の総量（積算値）に基づいて推定するようにされる。
【００２１】
また、燃料噴射量直接ではなく燃料量を算出するための機関パラメータである機関回転数の始動からの積算値、始動後の機関回転数は目標値になるように常にフィードバック制御されていることから始動からの経過時間、始動からの燃料噴射回数の積算値等からでも、前記吸気弁及びその周辺部の温度を推定することができる。
【００２２】
前記燃料噴射制御手段は、好ましくは、前記燃料噴射量に応じて定められる燃料噴射期間の吸気行程側への残存率を、前記温度推定手段による前記吸気弁及びその周辺部の推定温度の上昇に応じて段階的ないし連続的に減少させるようにされる。
【００２３】
さらに、前記燃料噴射制御手段は、好ましくは、前記機関運転状態に基づいて、燃料噴射終了タイミングの限界位置を設定し、この設定された限界位置を前記燃料噴射終了タイミングが越えないように前記燃料噴射開始タイミング又は前記燃料噴射期間を設定するようにされる。
他の好ましい態様では、前記燃料噴射手段から噴射される燃料噴霧の粒径が１００μｍ以下とされる。
【００２４】
一方、本発明に係る複数気筒内燃機関の燃料供給制御方法は、複数気筒内燃機関の運転状態に基づいて、前記機関の各気筒への燃料噴射量を設定するとともに、この設定された燃料噴射量に応じたパルス幅を持つ燃料噴射信号を燃料噴射手段に供給して、燃料を前記機関における各気筒の吸気通路下流端付近に向けて噴射させるようになされる。
【００２５】
そして、前記機関の吸気弁及びその周辺部の温度を推定し、この推定された前記吸気弁及びその周辺部の温度が上昇するにしたがって、燃料噴射開始及び又は終了タイミングを段階的ないし連続的に吸気行程側から排気行程側へ移動させることを特徴としている。
【００２６】
この場合、具体的には、前記吸気弁及びその周辺部の温度を、機関の始動からの経過時間、始動からの燃料噴射回数の積算値、始動からの燃料噴射量の積算値、及び、始動からの機関回転数の積算値のうちの少なくとも一つに基づいて推定するようにされる。
【００２７】
また、他の好ましい態様では、前記燃料噴射量に応じて定められる燃料噴射期間の吸気行程側への残存率を、前記吸気弁及びその周辺部の推定温度が上昇するにしたがって段階的ないし連続的に減少させるようにされる。
【００２８】
さらに別の好ましい態様では、前記機関運転状態に基づいて、燃料噴射終了タイミングの限界位置を設定し、この設定された限界位置を前記燃料噴射終了タイミングが越えないように前記燃料噴射開始タイミング又は前記燃料噴射期間を設定するようにされる。
【００２９】
前記の如くの構成とされた本発明に係る燃料供給制御装置及び方法の好ましい態様においては、「吸気弁及びその周辺部の付着燃料が充分に気化できる状態になったか否か」、つまり、噴射燃料が付着する吸気弁及びその周辺部の温度がある温度に達したか否かを、温度推定手段が、機関の吸気弁及びその周辺部の温度を、機関の始動からの経過時間、始動からの燃料噴射回数の積算値、始動からの燃料噴射量の積算値、及び、始動からの機関回転数の積算値のうちの少なくとも一つに基づいて推定し、この推定された前記吸気弁及びその周辺部の温度の上昇に応じて、燃料噴射開始及び又は終了タイミングを段階的ないしは連続的に吸気行程側から排気行程側へ移動させるようにされる。
【００３０】
ここで、例えば、機関始動からの経過時間によって吸気弁及びその周辺部の温度がどのように変化するかを予め実験等により調べておくことで、前記温度推定手段により推定される吸気弁及びその周辺部の温度は、従来装置のように冷却水温に基づいて判断する場合よりも正確となる。
【００３１】
そのため、本発明では、「吸気弁及びその周辺部の付着燃料が充分に気化できる状態になった時期」、つまり、噴射燃料が付着する吸気弁及びその周辺部の温度がある温度に達した時期が、従来の装置よりも的確に検知され、そのため、燃料噴射開始タイミング及び又は燃料噴射終了タイミングを吸気行程側から排気行程側へ移動させる制御が正確となり、その結果、特に冷機時（始動直後等）における排気ガス中の有害成分（ＴＨＣ）の低減や燃費及び出力の向上等を充分に図ることができる。
【００３２】
また、前記燃料噴射量に応じて定められる燃料噴射期間の吸気行程側への残存率を、前記温度推定手段による前記吸気弁及びその周辺部の推定温度の上昇に応じて減少させることにより、燃料噴射開始及び又は終了タイミングの移動が円滑に行われる。
【００３３】
さらに、燃料噴射終了タイミングの限界位置を設定し、この設定された限界位置を前記燃料噴射終了タイミングが越えないように前記燃料噴射開始タイミング又は前記燃料噴射期間を設定することにより、応答遅れによる燃料の吸入残留（燃焼室に吸入されないで吸気通路側に残ってしまうこと）が防止される。
【００３４】
さらに、一般に吸気行程に燃料噴射を行う冷機時には、噴射した燃料を各気筒の燃焼室に吸入される空気中に直接混入して空気／燃料混合気を形成することから、前記燃料噴射手段から噴射される燃料噴霧の粒径が大き過ぎると十分な混合が行われず、所望の効果を得ることができない。本発明においては、この燃料噴霧の粒径の大きさについて、種々の実験の結果、特にその粒径を１００μｍ以下にすることにより良好な結果が得られることが確認されている。しかしながら、実際的には、現在流通している燃料噴射弁の中から、１２０〜１３０μｍ程度の粒径で燃料を噴射することのできるものを選択しても、ほぼ同等の効果が得られている。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明の複数気筒内燃機関の燃料供給制御装置の実施形態について詳細に説明する。
【００３６】
図１は、本発明に係る燃料供給制御装置の一実施形態が採用された複数気筒内燃機関の概略構成図である。
図１において、内燃機関１は、吸気通路２と、排気通路２３と、前記吸気通路２の下流端（吸気口３）付近に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁４と、を備えた多気筒内燃機関である。内燃機関１の各気筒（シリンダ）８の燃焼室９に吸入される空気は、エアクリーナ１１の入口部１２より導入され、前記エアクリーナ１１のフイルタ１１′を通過した後、吸入空気量を検出する熱線式空気流量計１３を通り、その下流に配置されたダクト１４、吸気空気量を制御する絞り弁（スロツトルバルブ）１５′を含むスロツトルボデイ１５を通つてコレクタ１６に入る。このコレクタ１６に吸入された空気は、多気筒内燃機関１の各気筒８に接続された各吸気通路２に分配され、内燃機関１の各気筒８内に吸入される。
【００３７】
一方、燃料は、燃料タンク１９から燃料ポンプ２０によつて吸引・加圧され、その後、燃料ダンパ２１、燃料フイルタ２２を通して燃料吸射弁４の燃料入口に導かれる。前記燃料フイルタ２２を通して燃料噴射弁４へ導かれる燃料の一部は、燃圧レギユレータ２４に導かれ、さらに前記燃料タンク１９へと戻されている。この燃圧レギユレータ２４の働きによつて、燃料噴射弁４に供給される加圧された燃料は、その圧力が一定に調圧され、前記燃料噴射弁４から吸気通路２の下流端付近（吸気弁５）付近に向けて噴射される。
【００３８】
本実施形態においては、図１からも明らからように、燃料噴射弁４は各気筒８の吸気口３付近の前記吸気通路２の上壁面に取り付けられており、多気筒内燃機関１の複数の気筒８にはそれぞれの燃料噴射弁４が設けられて各気筒８毎にその燃料供給量を制御するＭＰＩ（マルチ・ポイント・インジエクシヨン）システムが構成されている。内燃機関１の気筒８には、更に冷却水温度を検出するための水温センサ２９が配置され、スロツトルボデイ１５には、その絞り弁１５’の開度を検出するスロツトルセンサ２６が取り付けられている。
【００３９】
前記内燃機関１は、コントロールユニツト（制御装置）２５を備え、空気流量計１３から得られる吸入空気量を表わす電気的な検出信号は、前記コントロールユニツト２５に入力され、前記スロツトルセンサ２６からの検出信号もコントロールユニツト２５に入力されている。更に、内燃機関１には、図１に示されているように、排気ガス中の酸素濃度を検出するために排気通路２３にＯ２センサ３１が設けられ、該センサ３１からの出力信号もコントロールユニツト２５に入力されている。
【００４０】
また、内燃機関１の気筒８近く（図中、内燃機関１の左側）には、デイストリビユータ２８が設けられており、このデイストリビユータ２８の内部には内燃機関１のクランク回転角度を検出するクランク角センサ７０が内蔵されている。例えば、図２に示すように、デイストリビユータ２８内のクランク角センサ７０は、内燃機関１のクランク軸３０に取り付けられた金属製円盤７１上に所定の角度間隔で小孔７２が形成され、前記円盤７１の上下に発光素子７３及び受光素子７４が配置されており、クランク軸３０の回転角度に比例した出力信号を発生するようになっている。
【００４１】
前記クランク角センサ７０の金属製円盤７１には、前記小孔７２に加え、クランク軸３０の所定の角度に対応した位置に前記小孔７２よりも径の大きな孔７５が形成され、回転角を表わす信号と共にその基準位置を示す基準位置信号をも発生するように構成されており、これらの出力信号もまた前記コントロールユニツト２５に入力されている（本実施形態ではクランク回転角度をデイストリビユータ２８内に発光素子を設けて検出しているが、クランク軸３０、カム軸それぞれにホールセンサを設けても、ＭＲ素子を設けても達成される）。
【００４２】
前記コントロールユニツト２５は、前記の種々のセンサから出力される内燃機関１の運転状態をあらわす信号を入力し、所定の演算処理を行ない、内燃機関１を最適に制御すべく、各種アクチユエータを駆動する。例えば、図１にも示されるように、コントロールユニツト２５は、イグニツシヨンコイル２７の側面に取り付けられたパワートランジスタを、その出力である制御信号により制御して、その導通・遮断により内燃機関１の各気筒に点火高電圧を供給して点火制御するとともに、内燃機関１の各気筒に燃料を噴射・供給する燃料噴射弁４及び燃料ポンプ２０の動作を制御する。
【００４３】
図３は、コントロールユニツト（制御装置）２５の内部構成を示したものであり、マルチプロセツサユニツト（ＭＰＵ）１５１、書き換え可能な不揮発性メモリ（ＥＰ−ＲＯＭ）１５２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１５３、ＬＳＩ回路部品即ちＩ／ＯＬＳＩ１５４等により構成され、各種センサにより検出された内燃機関運転状態を表わす信号を入力し、各種アクチユエータを駆動する制御信号を出力するようになっている。具体的には、Ｉ／ＯＬＳＩ１５４は、空気流量計１３、クランク角センサ７０、アイドルスイツチ８０、スタータスイツチ８２，Ｏ２センサ３１，水温センサ２９，バツテリ電圧センサ８１及びスロツトルセンサ２６からの出力信号が、必要に応じて前記Ｉ／ＯＬＳＩ内蔵のＡ−Ｄ変換器を介して、あるいは外部のＡ−Ｄ変換器を介して入力される。その後、前記ＭＰＵ１５１，ＥＰ−ＲＯＭ１５２，ＲＡＭ１５３により所定の演算を行い、内燃機関制御用アクチユエータである燃料噴射弁４，イグニシヨンコイル２７のパワートランジスタ、そして燃料ポンプ２０の動作を制御する。
【００４４】
図１４は、米国のＬＡ−４（ＦＴＰ）モードでの始動からの経過時間と吸気弁５の温度との関係を測定した結果を示す。気化可能温度は、図１７に示されるように、ヒータの表面温度と気化時間の関係を机上で測定し、ＴＫＩ以上で気化可能あることを踏まえ、本実験に使用した車両では始動から４０秒で吸気弁に付着された燃料が気化されると考えた。
【００４５】
図１５は、始動からの燃料噴射量の積算値と吸気弁５の温度との関係を、図１６は、始動からのエンジン回転数の積算値と吸気弁５の温度関係を示す。いずれにしても、内燃機関１に噴射供給された燃料量が内燃機関１に加えられた熱エネルギーであり、燃料を算出できる内燃機関パラメータを使用することで吸気弁５及びその周辺部の温度を推定することができる。
【００４６】
以上説明した制御装置の動作について、以下にその詳細を説明する。先ず、第５図のフローチヤートにおいて、ステツプ１００で始動からの経過時間（ｓ）を取り込み、ステツプ１０１で前記始動からの経過時間（ｓ）を基に、燃料噴射パルス幅（燃料噴射期間）Ｔｉの何割を吸気行程に移動するかを決定するための残存率Ｋｒ（図８において、Ｔｉ’／Ｔｉ）を予め記憶されたテーブルから検索する。このテーブル内に格納されたデータの一例は、例えば図６に示されている。すなわち、始動からの時間が短い時にはこのパルス幅残存率Ｋｒは大きな値（例えば、２０（Ｓ）付近で１００％）を有し、始動からの時間が４０（ｓ）から減少し、例えば５０（ｓ）付近で５０％，６０（ｓ）付近で０％となるように設定されている。
【００４７】
次に、ステツプ１０２では、前記熱線式空気流量計１３の出力信号より吸入空気量Ｑａを取り込み、ステツプ１０３では、前記クランク角センサの出力信号によりエンジン回転数Ｎを求める。その後、ステツプ１０４において、前記で求めたＮを用いて、内燃機関の４行程（即ち、吸気，圧縮，爆発，排気）の時間ＴＩを求め、次に、ステツプ１０５では、求めたＮを用いて最大噴き終り時間Ｔｍａｘを求める。その最大噴き終り時間Ｔｍａｘは、燃料噴射終了タイミングの制限（限界位置）を示したものであり、その目的は、応答遅れによる燃料の吸入残留（燃焼室９に吸入されないで吸気通路２側に残ってしまうこと）を防止するためのものであり、例えば図７に示されているように、エンジン回転数Ｎに対応し、Ｎが小さなとき（即ち、低速時）にはＴｍａｘは大きく、Ｎが大きなとき（即ち、高速時）にはＴｍａｘは小さくなる。これらの関係はあらかじめ数値化されたデータとしてメモリ内に格納され、具体的には、ＮをパラメータとしてＴｍａｘを検索することとなる。
【００４８】
ステツプ１０６では、内燃機関運転状態を表わす種々のパラメータ（例えば、内燃機関冷却水温やＯ２センサの出力等）から混合比補正係数ＣＯＥＦを演算し、さらに、ステツプ１０７で最終の燃料を噴射パルス幅Ｔｉを以下の式（１）で求める。
Ｔｉ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎ×ＣＯＥＦ＋Ｔｓ ・・・・（１）
ここで、Ｔｉは燃料噴射パルス幅、Ｋは修正係数、Ｑａは吸入空気量、Ｎはエンジン回転数、ＣＯＥＦは混合比補正係数、そしてＴＳは無効パルス幅を示している。
Ｔｉｎｊｓｔ＝３／４Ｔｒ−（１−Ｋｒ）Ｔｉ ・・・・（２）
【００４９】
さらに、ステツプ１０９で、燃料噴射終了タイミングの制限を行う。すなわち、Ｔｍａｘ≧Ｔｉｎｊｓｔ＋Ｔｉであればそのままステツプ１１１へ進み、Ｔｍａｘ＜Ｔｉｎｊｓｔ＋Ｔｉであればステツプ１１０で、以下の式（３）によつてＴｉｎｊｓｔの修正を行う。
Ｔｉｎｊｓｔ＝Ｔｍａｘ−Ｔｉ ・・・・（３）
【００５０】
ステツプ１１１では、前記の燃料噴射終了タイミングの制限を行つた後の燃料噴射開始タイミングＴｉｎｊｓｔをレジスタにセツトする。このレジスタは、各気筒の燃料噴射制御の基準となる基準点（例えば、各気筒８のリフアレンス信号から１１０度遅れた下死点（ＢＤＣ））を表わす基準信号が入力されると零（０）からインクリメントを開始し、前記のセツトデータと一致した時に出力信号を発生する。
【００５１】
この出力信号は燃料噴射信号として燃料噴射弁２３へ供給される。さらに、ステツプ１１２では、前記ステツプ１０７で求めたＴｉを噴射終了レジスタにセツトする。この噴射終了レジスタは、前記の噴射開始レジスタと連結しており、そのため、噴射開始レジスタから燃料噴射信号が出力されると、そのカウント値を零（０）からインクリメントを開始する。そして、このインクリメントされた値（データ）と前記噴射終了レジスタにセツトされた値（データ）とが一致した時、燃料噴射弁４へ出力された燃料噴射信号を停止させる機能を有している。
【００５２】
次に、以上に説明したフローにより行われる制御内容、すなわち、燃料噴射弁４の開閉を制御する燃料噴射信号の発生過程を図８を参照しながら説明する。まず、図８（ａ）には内燃機関の行程状態が示され、四種の行程、即ち、圧縮，爆発，排気，吸気の行程が順次連続している。また、図８（ｂ）には、前記クランク角センサ７０からの角度信号（例えば、１度毎）が示されている。そして、図には示されてはいないが、各気筒のリフアレンス信号から１１０度遅れた位置の下死点（ＢＤＣ）を基準として以下の制御が行われる。
【００５３】
まず、図５のステツプ１０４で演算されるＴＩは前記４行程の時間を表わし、以下の式（４）で求められる。
ＴＩ＝ｋ／Ｎ ・・・・（４）
ただし、ｋは定数である。
【００５４】
また、ステツプ１０７で演算される燃料噴射パルス幅Ｔｉは、図８（ｃ）に示される燃料噴射信号のパルス幅（燃料噴射期間）を示しており、Ｔｉ′は前記燃料噴射パルス幅Ｔｉのうちで吸気行程にかかつている部分（吸気行程残存部分）を示している。そして、ステツプ１０１で検索されるパルス幅（燃料噴射期間）の吸気行程残存率Ｋｒと前記Ｔｉ，Ｔｉ′との関係は下記の式（５）で表わされる。ここで、この吸気行程残存率Ｋｒが１００％を越えると、パルス信号は排気行程では全く表われず、完全に吸気行程に入つた後に表われることを意味する。
Ｋｒ＝Ｔｉ／Ｔｉ’ ・・・・（５）
【００５５】
また、上式で、燃料噴射開始タイミングＴｉｎｊｓｔは前記基準点（ＢＤＣ）からの時間を表わしており、このＴｉｎｊｓｔは、吸気行程開始までの時間は３／４ＴＩと表わされることから、以下の式（６）が成立する。
３／４ＴＩ＋Ｔｉ′＝Ｔｉｎｊｓｔ＋Ｔｉ ・・・・（６）
ここで、前記式（５）よりＴｉ′＝Ｋｒ・Ｔｉを代入することにより、前記Ｔｉｎｊｓｔは以下の式（７）ように表わされる。
Ｔｉｎｊｓｔ＝３／４Ｔｉ−（１−Ｋｒ）Ｔｉ ・・・・（７）
この式（７）からも明らかなように、燃料噴射開始タイミングＴｉｎｊｓｔは、燃料噴射パルス幅Ｔｉ及び残存率Ｋｒから容易に求められることが判かる。
【００５６】
また、図からも明らかなように、燃料噴射終了タイミングの制限（限界位置）であるＴｍａｘは、前記図８（ｃ）の燃料噴射パルス幅Ｔｉの終端（即ち、Ｔｉｎｊｓｔ＋Ｔｉ）を制限するものであり、このＴｍａｘ以降にオン状態となることはない。
【００５７】
以上の制御による燃料供給は、図４（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に示される如くとなる。すなわち、吸気弁５及びその周辺部が冷えている冷機時（例えば、始動からの時間が２０（ｓ））は、各気筒８に燃料を供給する燃料噴射弁４は、各気筒８の吸気行程（内）において燃料を噴射する。その後、内燃機関の運転に伴つて吸気弁５の温度が上昇するに従い、例えば、始動からの経過時間が４０（ｓ）から前記燃料噴射弁４の燃料噴射開始及び終了タイミングは次第に吸気行程側から排気行程側へ移動する。例えば、この状態での前記残存率Ｋｒは９０％前後の値となつており、（図４（ｂ）参照）、排気行程で燃料噴射が開始されることになる（燃料噴射開始タイミングは排気行程、燃料噴射終了タイミングは吸気行程）。
【００５８】
そして、さらに前記吸気弁５の温度が上昇する、例えば始動からの経過時間が６０（ｓ）となると、前記残存率Ｋｒは０％となり、図４（ｃ）に示すように、燃料噴射弁４の燃料噴射開始及び終了タイミングは完全に排気行程側に移る。その後は、前記燃料噴射弁４の燃料噴射開始及び終了タイミングは、通常運転時におけるタイミングに戻される（いずれも排気行程内）。
【００５９】
このような構成とされた本実施形態の燃料供給制御装置においては、「吸気弁５及びその周辺部の付着燃料が充分に気化できる状態になったか否か」を判断するため、機関の吸気弁及びその周辺部の温度を、例えば機関の始動からの経過時間に基づいて推定し、この推定された吸気弁５及びその周辺部の温度の上昇に応じて、燃料噴射開始及び又は終了タイミングを段階的ないしは連続的に吸気行程側から排気行程側へ移動させるようにされる。
【００６０】
ここで、例えば、機関始動からの経過時間によって吸気弁５及びその周辺部の温度がどのように変化するかを予め実験等により調べておくことで、吸気弁及びその周辺部の推定温度は、従来装置のように冷却水温に基づいて判断する場合よりも正確となる。
【００６１】
そのため、本実施形態の燃料供給制御装置では、「吸気弁及びその周辺部の付着燃料が充分に気化できる状態になった時期」、つまり、噴射燃料が付着する吸気弁及びその周辺部の温度がある温度に達した時期が、従来装置よりも的確に検知され、そのため、燃料噴射開始タイミング及び又は燃料噴射終了タイミングを吸気行程側から排気行程側へ移動させる制御が正確となり、その結果、特に冷機時（始動直後等）における排気ガス中の有害成分（ＴＨＣ）の低減や燃費及び出力の向上等を充分に図ることができる。
【００６２】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなく、設計において種々の変更ができるものである。
【００６３】
なお、前記実施形態では、前記燃料噴射弁４の燃料噴射開始及び又は終了タイミングを、始動からの経過時間、即ち吸気弁５の温度の上昇に応じて連続的に変化させるようにしているが、本発明は必ずしもこれに限られず、例えば始動からの経過時間を複数の範囲に分け、噴射タイミングを各時間範囲毎に段階的に変化させるようにしてもよい。
【００６４】
さらに、前記実施形態では、各気筒８に燃料を噴射供給する燃料噴射弁４としては、冷機時において噴射した燃料を各気筒８に吸入される空気中に直接混入して空気／燃料混合気を形成するようにされていることから、噴射供給される燃料の噴射粒径が大き過ぎると十分な混合が行われず、所望の効果を得ることができない。この噴射粒径の大きさについては、種々の実験の結果、特にその粒径を１００μｍ以下にすることにより良好な結果を得ることが確認されている。前記の実施形態では、そのため、１００μｍ以下の例えば８０〜９０μｍ程度の粒径の噴射燃料を得ることのできる燃料噴射弁を用いているが、実際的には、現在流通している燃料噴射弁の中から、１２０〜１３０μｍ程度の粒径で燃料を噴射することができるものを選択しても、ほぼ同等の効果が得られている。
【００６５】
また、既述の図１１に示されているように、燃料噴射弁４を、その噴射口が各気筒の吸気弁５に向けられるように取り付けることにより、噴射された燃料が噴霧状に吸入空気流中に混じり合い、好適な空気／燃料混合気体を得ることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明の複数気筒内燃機関の燃料供給制御装置及び方法によれば、噴射燃料が付着する吸気弁及びその周辺部の温度を的確に推定して、燃料噴射開始タイミング及び又は燃料噴射終了タイミングを吸気行程側から排気行程側へ移動させる制御を正確に行うことができるので、排気ガス中の有害成分（ＴＨＣ）の低減や燃費及び出力の向上等を充分に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料供給制御装置の一実施形態が採用された複数気筒内燃機関を示す概略構成図。
【図２】図１に示される燃料制御装置に用いられるクランク角センサの構造を示す斜視図。
【図３】図１の実施形態の燃料制御装置に備えられるコントロールユニツトの内部構造及びその入出力機器との電気的接続関係を示すブロツク図。
【図４】図１の実施形態の燃料供給制御装置における燃料噴射開始及び終了タイミングの説明に供されるタイミングチャートで、（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ始動後の経過時間が２０（ｓ）、４０（ｓ）、６０（ｓ）であるときを示している。
【図５】図１の実施形態の燃料供給制御装置に備えられるコントロールユニツトで実行される燃料噴射制御プログラムの一例を示すフローチヤート。
【図６】図５の燃料噴射制御フローで使用される記憶テーブル内に格納されたデータ内容を示すグラフ。
【図７】図５の燃料噴射制御フローで使用される記憶テーブル内に格納されたデータ内容を示すグラフ。
【図８】図５の燃料噴射制御フローの内容説明に供されるタイムチヤート。
【図９】本発明装置の元となる燃料供給制御装置が採用される複数気筒内燃機関の断面図。
【図１０】本発明装置の元となる燃料供給制御装置が採用される複数気筒内燃機関の断面図。
【図１１】本発明装置の元となる燃料供給制御装置が採用される複数気筒内燃機関の断面図。
【図１２】従来の燃料供給制御装置における燃料噴射開始及び終了タイミングの説明に供されるタイミングチヤート。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ燃料噴射終了タイミングの相違による排気ガス成分（ＮＯｘ及びＴＨＣ）の変化を示す特性グラフ。
【図１４】始動からの時間と吸気弁の温度の関係を示すグラフ。
【図１５】始動からの燃料噴射量の積算値と吸気弁の温度の関係を示すグラフ。
【図１６】始動からのエンジン回転数の積算値と吸気弁の温度の関係を示すグラフ。
【図１７】ヒータの表面温度と気化時間の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１……内燃機関
２……吸気通路
３……吸気口
４……燃料噴射弁
５……吸気弁
７……ピストン
８……気筒
９……燃焼室
１３……空気流量計
２５……コントロールユニツト
７０……クランク角センサ

Claims (9)

1. 複数気筒内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記機関運転状態に基づいて、前記機関の各気筒への燃料噴射量を設定するとともに、この設定された燃料噴射量に応じたパルス幅を持つ燃料噴射信号を出力する燃料噴射制御手段と、前記燃料噴射信号を受けて開弁し、燃料を前記機関における各気筒の吸気通路下流端付近に向けて噴射する燃料噴射手段と、を備え、前記燃料噴射制御手段は、前記機関の吸気弁及びその周辺部の温度を推定する温度推定手段を有し、該温度推定手段により推定される前記吸気弁及びその周辺部の温度の上昇に応じて、燃料噴射開始及び又は終了タイミングを段階的ないし連続的に吸気行程側から排気行程側へ移動させることを特徴とする複数気筒内燃機関の燃料供給制御装置。
2. 前記温度推定手段は、前記吸気弁及びその周辺部の温度を、機関の始動からの経過時間、始動からの燃料噴射回数の積算値、始動からの燃料噴射量の積算値、及び、始動からの機関回転数の積算値のうちの少なくとも一つに基づいて推定するようにされていることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給制御装置。
3. 前記燃料噴射制御手段は、前記燃料噴射量に応じて定められる燃料噴射期間の吸気行程側への残存率を、前記温度推定手段による前記吸気弁及びその周辺部の推定温度の上昇に応じて段階的ないし連続的に減少させるようにされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料供給制御装置。
4. 前記燃料噴射制御手段は、前記機関運転状態に基づいて、燃料噴射終了タイミングの限界位置を設定し、この設定された限界位置を前記燃料噴射終了タイミングが越えないように前記燃料噴射開始タイミング又は前記燃料噴射期間を設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料供給制御装置。
5. 前記燃料噴射手段から噴射される燃料噴霧の粒径が１００μｍ以下とされていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料供給制御装置。
6. 複数気筒内燃機関の運転状態に基づいて、前記機関の各気筒への燃料噴射量を設定するとともに、この設定された燃料噴射量に応じたパルス幅を持つ燃料噴射信号を燃料噴射手段に供給して、燃料を前記機関における各気筒の吸気通路下流端付近に向けて噴射させるようにした燃料供給制御方法であって、
   前記機関の吸気弁及びその周辺部の温度を推定し、この推定された前記吸気弁及びその周辺部の温度が上昇するにしたがって、燃料噴射開始及び又は終了タイミングを段階的ないし連続的に吸気行程側から排気行程側へ移動させることを特徴とする複数気筒内燃機関の燃料供給制御方法。
7. 前記吸気弁及びその周辺部の温度を、機関の始動からの経過時間、始動からの燃料噴射回数の積算値、始動からの燃料噴射量の積算値、及び、始動からの機関回転数の積算値のうちの少なくとも一つに基づいて推定することを特徴とする請求項６に記載の燃料供給制御方法。
8. 前記燃料噴射量に応じて定められる燃料噴射期間の吸気行程側への残存率を、前記吸気弁及びその周辺部の推定温度が上昇するにしたがって段階的ないし連続的に減少させることを特徴とする請求項６又は７に記載の燃料供給制御方法。
9. 前記機関運転状態に基づいて、燃料噴射終了タイミングの限界位置を設定し、この設定された限界位置を前記燃料噴射終了タイミングが越えないように前記燃料噴射開始タイミング又は前記燃料噴射期間を設定することを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の燃料供給制御方法。

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